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광양만 북동부 해역의 해류관측
이재철*·김정창·박명원1 부경대학교 해양과학공동연구소
1국립해양조사원
Observations of Current in the Northeastern Gwangyang Bay
JAE CHUL LEE*, JEONG-CHANG KIM AND MYUNG WON PARK
1Korea Inter-university Institute of Ocean Science, Pukyong National University, Busan 608-737, Korea1 National Oceanographic Research Institute, Incheon 400-800, Korea
1994
년부터1999
년까지노량수도와그서쪽해역에서1-2
개월동안6
회에걸쳐관측한유속자료를분석하여광양만북동부의순환에대하여연구하였다
.
노량수도에서는광양만에서진주만쪽으로평균약9 cm/s
의동향류가지속적으로흐르며대도북쪽의좁은수로를통하여평균
6-13 cm/s
의서향류가관측되었다.
그러므로관측결과는광양만북동부해역에대도를중심으로밀도분포의영향을받는반시계방향의순환이있음을시사한다
.
이순환은 여름철에가장강하고갈수기인겨울철에는극히약해질수있다.
바람의영향이순환에미치는영향은작아서유 속이강할때에는포착되지않은반면에유속이비교적약한지역이나겨울철에는남해안에평행한풍속과의상관 성이높아남해안지역의에크만수송이만내의순환에영향을주는비국지적반응에해당된다.
Current velocity data from six moorings of 1-2 months from 1994 to 1999 are used to study the circulation in the northeastern Gwangyang Bay including the narrow passage of Noryang. In the passage, a steady eastward current flows with average velocity of about 9 cm/s out of Gwangyang Bay toward Jinju Bay. There is a west- ward current of mean velocity 6-13 cm/s in the passage north of Daedo. Therefore, observations suggest a cyclonic circulation around Daedo influenced by the density distribution. This circulation is strong in summer and can be extremely weak in winter. The influence of wind on the circulation is too weak to be detected in the strong cur- rents, but the significant coherence between weaker currents and alongshore wind in winter or in the shallow area suggests the effect of non-local response associated with Ekman flux off the south coast of Korea.
Keywords: Gwangyang Bay, Current, Circulation, Wind, Coherence
서 론
한국남해안의중앙부지역은남해도에의해서서쪽의광양만 과동쪽의진주만으로분리되고
,
두만은매우좁은노량수도를 통해서서로연결되어있으며남쪽으로는여수반도와남해도사 이의여수해만을통하여외해에넓게열려있다.
광양만북동부에 는대도가남-
북방향으로놓여있는데,
대도의남쪽해역은남해 도와의사이에폭이상당히넓고비교적얕은반면에북쪽으로는매우좁은수로가있으며수심
20 m
이상의골이형성되어노량수도및광양만남쪽해역으로뻗어있다
(Fig. 1).
남해안에서두번째로큰섬진강은광양만으로직접흘러들어많은양의담수 를공급함으로써만내의해황에커다란영향을끼치는데
,
홍수통제소에따르면섬진강하류의유량은약
20~6,000 m
3/s
의범위를가지고있다
.
이지역은최대조차가4 m
에이르고강한조류또한 이미잘알려져있지만조류는왕복성인반면에잔차류,
밀도류,
취송류등을포함하는해류는일정한방향으로지속적으로흐르 기때문에크기는비록상대적으로작다고하더라도이지역의대 규모의개발로인해서배출되는오염물질의이동과확산에중요 한역할을하므로이에대한규명이필요하다
.
특히많은양의담수유입과강한조류는다른하구역에비해서왕성한난류혼합과 함께활발한순환이일어날수있으며하동화력발전소에서배출 되는온배수또한해수의밀도를감소시켜순환에도일부영향을 줄수있다
.
광양만의해수운동과관련된연구로는
1970
년대의장등(1974)
과윤
(1976)
이측류판추적및염료확산관측의결과와근래에추(2002)
와추등(2002)
에의한수치실험이있지만장기간의해류조사를통한순환에대한연구는거의없다
.
본연구는광양만의물리해양학적연구의일환으로서
1994
년부터
1999
년까지6
회에걸쳐서대도와노량수도부근해역에서1-2
개월동안유속계를계류한자료를분석하여광양만북동부의순 환과바람의영향에대하여알아보았다
.
*Corresponding author: [email protected]
해양관측 및 자료분석 방법
1994
년에서1999
년사이에광양만북동부해역에서 총8
회의해류관측이있었으며
,
이중에서6
회의자료가이용되었다(Table
1).
관측은Aanderaa
사의RCM
유속계를수심4 m
에계류하는방법으로이루어졌는데
, RCM-7
을사용한2
회의관측은유속센서의회전축에얇은해초가감기거나장비가유실되어실패하였다
.
관측은항상
2
곳이상의지점에서동시관측을 하였는데,
계류위치는노량수도의항류에대한관심으로매번남해대교부근을 포함시켰으며대도북쪽의정점들은주로어민들의요청에의해 서선정되었다
.
정점A, B, C
는대도북쪽수로에, D
는대도와남 해도사이에있고노량수도의정점은N97
과N98
로표기되었다.
실제로동시관측에성공한경우는
1998
년11
월의정점B-N98
과99
년8
월의정점A-D
였다.
관측기간은대부분22-29
일이나정점B
에서는67
일간계류장치가유지되었다.
관측시간간격은20
분이었고정점
C
에서만10
분간격이었다.
관측된유속자료는우선조화분석을하여조류성분을추출한후
에나머지성분의시계열자료를
40
시간low-pass filtering
하였다
.
조류와단주기성분이제거된유속자료는조류의비선형효과에의한잔차류
(residual current),
만내의밀도분포에기인하는밀도류와바람의영향이반영된장주기의흐름을포함하므로본논 문에서는이흐름을해류라고부르기로한다
.
동일한기간의여수측후소바람자료도
filtering
을한후에사용하였으며,
특히2
개월이상관측된정점
B
의경우에는여수검조소(Fig. 1
의위쪽지도에서원으로표시됨
)
의조석관측자료도이용하였다.
조석자료는여수측후소의현지기압자료를이용하여대기압보정을하고평
균값을뺀후에조화분석및
filtering
을하였다.
자료비교에있어서는 시계열 자료의 직접비교와 주파수 영역의 상관성 분석
(coherence analysis)
을병행하였다. 결과 및 고찰 해수순환
유속의크기와시간적인변화를파악하고비교하기위해서모 든정점에서의유속자료를
Fig. 2
의벡터시계열로표시하였다.
대 도북쪽수로의3
정점중에서A
와C
에서는북서향류가강하고방향의변화가크지않다
.
이정점들은Fig. 1
에서20 m
등심선이대도북단을중심으로둥글게굽은쪽에위치한이유때문에북 서향류로기록된것으로서흐름의기본적인방향은대도북쪽에 서서향한후에대도서쪽에서는남향을할것으로생각된다
.
대도와노량사이의정점
D
에서도대체로서향류가우세한가운데 북서-
남서향의변화가있다.
반면에정점B
에서는관측기간이2
개월이상길지만유속이
5 cm/s
이하로약하며유향의변화도매우심한것이특징이다
.
한편,
노량수도에서는동향류가지배적이며약 간남쪽으로나타나는것은남해대교가있는정점부근에수로가 약간굽어있기때문일뿐으로기본적으로는광양만에서동쪽의 진주만으로흐르는동향류에해당한다.
각위치에서의유속자료를
Fig. 3
과같이누적시켜서도시하면유속변화의전체적인효과를보다쉽게파악할수있는데
,
각위 치의괄호안에는평균유속을표시하였다.
아래의축척은유속의 누적된효과를비교하기위한것으로서정점간의거리나해류가 실제로이동한거리를뜻하지는않는다.
정점A
와C
의유향차이는전적으로지형적인원인으로보이는데
,
정점C
가굽어진20 m
등심선의남동쪽에위치하기때문에북향성분이크게나타났을 것이다
.
다만유속에있어서는여름철에관측된정점A
에서평균Fig. 1.
Map of the south coast of Korea and enlarged map of north- eastern Gwangyang Bay showing the mooring stations of current meter (+). Dotted lines are the depth contours of 20 m and 30 m.
Solid circle in the upper map denotes the tidal station at Yosu.
Table 1.
Summary of current meter moorings
Station Instrument Latitude (N) Longitude (E) Time (Duration, days)
C RCM-7 34°56.628
'127°50.116
'29/10/94-28/11/94(29)
N97 RCM-7 34°56.750
'127°52.358
'21/02/97-19/03/97(27)
N98 RCM-9 34°56.713
'127°52.351
'22/11/98-13/12/98(22)
B RCM-9 34°56.803
'127°50.277
'22/11/98-27/01/99(67)
A RCM-9 34°56.770
'127°50.200
'13/08/99-04/09/99(22)
D RCM-9 34°56.240
'127°51.080
'13/08/99-04/09/99(22)
14 cm/s
로가장크고11
월에관측된정점C
에서는6.3 cm/s
로작은것은만내순환의계절변화가가장중요한원인일것이다
.
한편
,
정점D
에서는A
와같은기간동안관측되었지만서향류의크기가
6.6 cm/s
로작은것은지형이얕고넓기때문으로생각되며,
결과적으로이지역의서향류는대도북쪽의좁은수로를통과하 면서약
2
배이상가속되는것으로나타난다.
정점
B
의경우는매우특이한데,
도면에날짜를표시할수없 을정도로유속이작으며유향의변화또한매우심하여67
일간 의기록에평균유속은0.6 cm/s
에불과하고더구나동쪽방향의흐름이우세하였다
.
조류의유속에있어서는정점A
혹은C
와유사하므로정점
B
의지형적인요인때문에이곳에서만흐름전체가약했다고볼수는없고겨울철인관측기간동안에이해역의 순환이극히약해졌기때문인것으로판단된다
.
같은지역에위치한정점
A, C, B
의유속은각각의관측시기가8
월, 11
월, 12-1
월로서여름에가장강하고갈수기인겨울에가장약한특징을보 여준다
.
실제로정점B
의관측기간에섬진강지류지역에속하는남원측후소의강수량을보면
1998
년11
월22
일의12 mm
이후에거의없다가관측기간의끝무렵인
1999
년1
월23
일에29 mm
를기록했을뿐이다
.
이결과는광양만의순환이강수량과담수의 유입에따른밀도분포에의해큰영향을받는다는것,
그리고갈 수기에는해류에의한순환이거의정지하거나반대방향으로일 어날수도있음을암시한다.
대도북쪽의수로부근에서서향류가지배적인것과는반대로 노량수도에서는공통적으로지속적인동향류가관측되었는데
, N97
과
N98
의유향차이도남해대교부근의수로가국지적으로굽어있어서관측위치의차이에따라해안지형의영향을크게받기때 문일것이다
.
두관측모두겨울철에이루어졌지만강수량이증가하는
1997
년3
월에는비교적증가된유속이지속되는것을알수있다
.
정점
B
를예외로하면A, C, D
에서는서향류가,
노량수도에서는동향류가있어서발산되므로정점
D
와노량수도사이의지역 에서해류가분리될것이고이러한해류의발산은남쪽으로부터 Fig. 2.Stick vector plots of low-passed current velocity. Limits of
y-axis at Station B are -5 and 5 cm/s. Axes are rotated at Noryang stations (N97 and N98).
Fig. 3.
Progressive vector plot of current
velocity. Scale ruler is only for the estima-
tion of integrated velocity data, not the dis-
tance of Lagrangian movement. Mean
speeds are given in the parentheses.
북향하는해류를 필요로한다
.
비록대도남쪽의넓은해역에서관측한결과는없지만이지역을따라들어온해류의일부는노 량수도를통해서진주만으로유출되고나머지는대도북쪽의협 수로를통해서서쪽으로가속되면서흐른다음에는넓어진서쪽 해역을따라섬진강의담수와함께남하하는반시계방향의순환이있
으리라는것을유추할수있다
.
이러한순환의형태가Fig. 4
의모식도에정성적으로제시되어있다
.
만이나하구의순환에는염분의수평적구배
,
바람의영향,
그리고담수의유출이중요한요인으로꼽힌다
(Hansen and Rattray,
1965).
대부분의부분혼합형염하구(estuary)
에서외해쪽으로흐르는상층의저염수와역류하는저층의외해수가조류에의한난 류혼합의영향을받는
2
층의연직순환구조를보이는데,
이외에도 광양만과같이넓은지역에서는섬진강의담수가지구자전의영향으로서쪽의광양제철
(POSCO)
쪽으로편향되어남하하는경향을띠어밀도분포에따른만내의수평적인순환이일어날수있
다
.
한예로Fig. 5
는2006
년5
월에관측한표층수온과염분의분포도인데고온저염의저밀도수가만의서쪽지역에
,
비교적저온고염의해수가동쪽에분포하여반시계방향의순환이가능함을 보여준다
.
섬진강하구에인접한하동화력발전소의온배수의배출 또한밀도감소효과를가져와반시계방향순환에일부기여할 것이다.
노량수도에서두차례에걸친관측은비록겨울철에국한되었 지만지속적인동향류를공통적으로보였는데그원인은광양만 과진주만사이에압력구배가있기때문일것이다
.
광양만은섬진강때문에담수의유입량이상대적으로많으며넓고깊은여수해 만을통해서외해에열려있는반면에진주만의동쪽입구는상 대적으로좁고얕아외해의영향을적게혹은느리게받을것으 로보인다
.
앞으로광양만과진주만의동시관측을통해서보다정 확하게규명될필요가있다.
바람의 영향
앞에서광양만의순환이밀도분포의영향을많이받으며계절 적인변화를한다는것을보여주었지만바람의영향도검토할필
요가있다
.
유속자료(Fig. 2)
와풍속의관계를시각적으로비교하기위해서여수측후소에서관측된풍속벡터를
Fig. 6
에도시하 였다.
전반적으로바람과유속과의관련이분명하지않은데, 1994
년정점
C
의경우에11
월12-19
일의강한북풍이유속자료에크게반영되지않았고
1997
년과1998
년의풍속과 노량수도자료(N97, N98)
역시상관성을보이지않는다. 1998
년11
월~1999
년2
월의바람과정점B
의유속또한상관성을파악하기에쉽지않다
.
끝으로1999
년8
월의바람은동시관측정점A
와D
의유속을비교할수있는데
,
유속이강한A
의경우에는상관성이결여되어있는반면에유속이약했던
D
에서는8
월19~25
일의변화에서바람의영향을확인할수있다
.
특히정점
B
에서관측된유속은크기는비록작지만변화가가장심했다는점에서매우큰관심의대상이고또한그기간이
2
개월이상으로길었기때문에바람이나해수면과의상관성분석 에서보다신뢰도가높은결과를얻을수있다
.
그러므로보다효 과적인비교를위해서각벡터를동-
서(
x)
성분과남-
북(
y)
성분으로 나누어여수검조소의해수면관측자료와함께Fig. 7
에나타내었 다.
필요한경우에부호를반대로하거나작은유속은두배,
그 리고큰값의해수면자료는반으로하여동일한 y축에함께포함시켰다
.
가장위의그림(Fig. 7a)
에서는동-
서성분의바람(w
x)
Fig. 4.
Schematic map suggesting the circulation in the northeast area of Gwangyang Bay.
Fig. 5.
Distribution of surface temperature and salinity observed on
26 May, 2006. Contour intervals are 1°C for temperature and 2 psu
for salinity.
과반대부호의해수면
(-h/2)
을비교할수있는데,
각각의상승및 감소경향이거의일치한다.
반면에남-
북성분의바람(w
y)
과는상 관성이매우작게나타나는데(Fig. 7b), 11
월하순에서12
월4
일 전까지와1
월21
일이후를제외한나머지부분에서는함께변화하는모습을보기어렵다
.
유속과해수면과의관계는
Fig. 7
의(c)
와(d)
에비교되어있다.
동향류
(u)
와해수면의관계(Fig. 7c)
를보면상당히많은경우에같이변화하는것을볼수있고북향류
(v)
와의비교(Fig. 7d)
에서는상관성이다소떨어진다
.
따라서해수면이상승할때외해쪽으로 부터해수가유입되므로동향류가강해지는것으로설명된다.
Fig. 7
의(e)
와(f)
에는u
와풍속이비교되어있는데, u
와w
x의 변화경향이비교적잘일치한다(Fig. 7e).
이것은동쪽으로바람이강해지면반대방향인서향류가강해진다는 역설적인결과이지만 이에대해서는다음의상관성분석부분에서논하기로한다
.
반면에
u
와w
y의사이에는12
월4-8
일, 1
월20-28
일을제외하면상관 성이보이지않는다.
마지막으로2v
와바람과의관계역시전반적으로뚜렷한상관성이나타나지않고있다
(Fig. 7g, h).
주파수 영역의상관성분석을한결과
,
큰유속의정점A, C,
N97, N98
에서는상관성이낮았던반면에작은유속의정점B
와D
에서만유의한결과를얻었다.
우선정점B
의결과를Fig. 8
에나타내었는데바람
-
해수면의관계인Fig. 8a
에서w
x는모든주파수에서의상관성이높고약간의오차를고려하면위상은
180°
로서앞의
Fig. 7a
처럼동풍(w
x<0)
에의해해수면이상승함을알수있다
.
풍속과해수면의관계에있어서본논문에도시하지는않았지만
,
풍속의동-
서축을0°
로하여5°
씩반시계방향으로증가시켜각축의풍속성분과해수면의상관성을구한결과에서도동
-
서성분과상관성이가장높았고남
-
북성분과가장낮았다.
이결과는남
-
북방향인여수해만에서그직각방향인동쪽으로 바람이불때여수의해수면이하강함을의미하며,
이것은외해에 서남해안에평행한동-
서방향의바람에의한에크만수송에따 라서해수면이변화하는것으로해석하는것이역학적으로타당 하다.
즉,
동쪽으로바람이불면외해(
남)
쪽으로에크만수송이일어나서광양만의바깥쪽으로해수가유출되므로해수면이하 강하는것이다
. w
y와는전체적으로상관성이낮고약0.3cpd(cycles
per day)
이상에서만어느정도상관성을보이며위상이90°
를중심으로분포하는것은북쪽으로부는바람에대하여바람방향으 로해수가움직여해수면이상승하는데걸리는시간이해당주기
의
1/4
정도가소요됨을뜻한다. Wang and Elliott(1978)
과Wang
(1979)
은미국체사피크(Chesapeake)
만의연구에서전자에해당하는외해
-
만의상호작용을비국지적반응(non-local response),
후Fig. 6.
Stick vector plot of low-passed wind at Yosu. Corresponding current stations are given next to the year at the top of each plot.
Fig. 7.
Comparisons of low-passed time series of wind (w), sea level
(h) at Yosu and current velocity (u, v) at Station B. Each data was
adjusted for easy comparison if necessary.
자를만내의바람에의한국지적반응
(local response)
으로구분하였고
Valle-Levinson
et al.(2001)
의관측에의해서다시확인되었다
.
체사피크만에서는비국지적반응의영향이5
일이상의주기에서중요하였고
2.5
일(0.4cpd)
주기에서는국지적으로만에평행한바람과높은상관성을보였는데
,
여수해만의경우에비국지적반응에대해서모든주파수에서높고국지성인
w
y와의사이에 는약3.3
일주기이하에서비교적낮은상관성을나타내었다.
이 는여수해만의입구가넓어외해의영향을크게받는대신에만 의길이가짧아서국지적인바람의영향은그만큼작기때문일것이다.
유속과해수면의상관성
(Fig. 8b)
은비교적낮으나, u-h
의상관성이
0.2 cpd
이상에서약간유의하고위상은일치한다.
이것은해수면의상승과만의끝방향의동향류와일치하는비국지적반응
에해당되는것으로서시계열자료의직접비교
(Fig. 7c)
를확인해준다
. v-h
의상관성은상당히낮으며0.4cpd
이상에서위상이180°
에가까운것은지형적인요인으로유속의축이북서
-
남동방향으로 약간기울어져서동향류는남향류의성분을가지게되기때문일 것이다.
바람과유속과의 관계에서는
w
x만유의한 상관성을가지는데(Fig. 8c),
이또한비국지적반응에의한것이다. w
x-u
는0.4 cpd
이상에서상관성이좋고
180°
에가까운위상은서풍(w
x>0)
에의한외해로의에크만수송과이에따른서향류
(u<0)
의관계를말해준다
. w
x-v
는보다좁은주파수대에서비교적낮은상관성에 위상차가작은데이역시지형적인요인을반영한것일뿐이다.
Fig. 8d
는만내의해수운동에국지적반응이거의영향을주지못한다는것을보여준다
.
약한서남서향류가지배적이었던정점
D
의결과를Fig. 9
에나타내었다
. w
x-v
와w
y-v
가0.44 cpd
이하의장주기에서180°
의위상을갖는상관성이비교적높은반면에
u
성분과의상관성은낮다
.
이는비교적강한서향류성분(u)
은다른대부분의정점처럼 바람과는관계없는순환에해당되고약한남향류성분에만바람 의영향이나타나므로그만큼바람의효과가작다는것을뜻한다. w
x-v
의관계는비국지적효과로설명이가능하지만w
y-v
의관계 는국지적효과로이해할수있다.
즉,
앞에서정점D
와노량수 도사이의발산하는흐름을보상하기위한북향류가존재할것이 라고예상하였는데국지적인남-
북성분의바람은북향류에직접영향을주어위상차가없을것이고
,
이북향류의서쪽에위치한것으로생각되는정점
D
에서는반류에해당하는남향류의변화로나타나기때문에
180°
의위상차가생긴다는설명이가능하다.
요약 및 결론
1994
년부터1999
년까지6
회에걸쳐서대도와노량수도부근해역에서
1-2
개월기간의유속계를계류한자료를분석하여광양만북동부의순환에대하여연구하였다
.
관측이노량수도와대도북 쪽의수로에서주로이루어졌는데양쪽으로발산하는지속적인해 류를보상하기위한북향류의존재가필요하고이에따라연구해 역에는반시계방향의순환이있으며그중의일부가노량수도를 통해서진주만으로유출된다는해석이가능하다.
이순환은담수 의유입에따른만내의밀도분포의영향이가장커서여름철에 강하고갈수기인겨울철에는극히약해질수있다.
일반적으로커다란만이나하구의순환에는바람도중요한역 Fig. 8.
Coherence analysis of pairs of time series for Station B. Only
significant parts of the phase are shown.
Fig. 9.
Coherence analysis between wind and current at Stations D.
Only significant parts of the phase are shown.
할을하지만
,
유속이강한기간이나지역에서는바람의영향이나타나지않았는데이것은그만큼바람의영향이작다는것을의 미한다
.
약한해류의경우에만동-
서성분의풍속과유의한상관성을보였으며
,
이것은남해안에평행한바람에의한에크만수송의영향이넓은입구를가진여수해만을통해서미치는비국지적 반응이다
.
계절적으로나관측위치의분포에있어서제한된자료를이용하 여광양만북동부해역의순환과바람의영향에대하여연구하였 는데앞으로보다체계적인조사를통해서구체적으로규명될필
요가있다
.
그리고1990
년대후반에이루어진하동화력발전소부지의매립으로인하여만내의순환이얼마나달라졌는지는본조 사와동일한위치에서다시유속관측을하여비교할필요도있을 것이다
.
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2006
년8
월21
일 원고접수2006
년11
월24
일 수정본 채택담당편집위원